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    系統方案
    邦羅電氣
    恒壓供水解決方案
    邦羅電氣   2017-03-08 09:48:33 作者:SystemMaster 來源: 文字大小:[][][]

      一、概述

      本方案根據恒壓供水系統的特點,結合VaconNX系列變頻器的特點和功能,為客戶設計推出的變頻恒壓供水系統?蛇_到如下設計目標:

      l恒壓供水、高效節能

      l根據供水管網中壓力的變化,Vacon變頻器自動調節水泵運行的轉速和臺數

      l內置PID調節器、控制過程平滑易調節

      l系統運行更加可靠、結構更加緊湊

      l變頻泵/工頻泵定時自動切換(平均每臺電機和水泵的損耗)

      l變頻器發生故障的情況下,系統可手動切換到工頻方式下運行

      l控制系統為模塊化設計,最大可控制的水泵為5臺水泵機組;

      二、Vacon簡介

      1.公司介紹

      芬蘭瓦薩控制系統有限公司(VaconPlc),位于芬蘭工業城市――瓦薩,是世界著名的交流傳動專家。其前身是瑞典一家著名的變頻器生產廠,于1967年開發出第一臺變頻器,是變頻器的鼻祖。

      VaconPlc是100%專注于研發、生產和銷售Vacon品牌變頻器的集團公司。1993年起,VaconPlc就迅速地成為為所有的工業部門和公眾場合應用,提供優質的和可靠的變頻器產品而著稱的供應商。

      作為世界著名的、增長最快的變頻器專業供應商,VaconPlc擁有一批專業的、忠于客戶和具有創新精神的員工,具有長期的現場經驗和淵博的各種應用和服務專業知識。這就是我們能提供牢固可靠的交流傳動產品以滿足客戶的各種需要的制勝原因。

      VaconPlc為客戶提供從0.25kW至3MW的交流傳動產品,擁有全球的銷售、支持和服務網絡。Vacon變頻器能充分改善您的工藝流程或生產的質量和效率。在很多情況下,甚至能替代復雜的控制系統。

      2.VACONNX系列產品介紹

      2000年起,Vacon自豪地推出建立在硬件和軟件模塊上的新一代NX的變頻器(產品功率范圍:0.25~3000kW,電壓等級:208~690V)。功率單元利用了最先進的半導體技術和高度模塊化的結構,這種模塊化結構將柔性地滿足用戶的需要。

      模塊化和魯棒性的設計,結合功能強大的并可支持IEC61131-3標準的設計軟件,使VaconNX甚至在要求最多的應用中成為一種理想的解決方案。寬電壓范圍、高過載能力,以及用戶友好的字符面板使變頻器的正確選擇變得更加容易。加之,寬廣的溫度范圍、高可靠性和多語言的控制面板使VaconNX成為新世紀的變頻器。

      a)VACONNX系列變頻器特點

      l全系列內置交流電抗器;

      l魯棒性的結構設計,質量可靠、性能穩定、結構緊湊;

      l工作環境:-10-+50攝氏度;

      l開關頻率:1-16kHz;

      l150%過載電流1min/10minforICT;

      l200%起動轉矩;

      l250%啟動電流2sec/20secforICT;

      l具有CE、UL、C-UL(CSA)、GOSTR等認證,并符合ISO9001質量認證;

      l完備的保護功能:過流、短路、過壓/欠壓、接地保護、失速保護、過載/欠載、熱保護、變頻器/電機相監測(輸入/輸出)等;

      l精確的電機控制,支持簡單的頻率控制、無傳感器矢量控制和帶傳感器矢量控制;

      l先進的應用宏,NC1131編程軟件為客戶量身訂制應用宏;

      l友好的用戶界面,字符面板、圖形面板、菜單式操作;

      l支持多種現場總線通訊協議,如Interbus-S、LonWorks、DeviceNet、Profibus-DP、Modbus、CAN、SDS等。

      b)芬蘭vacon變頻器的原理圖

      三、Vacon變頻器認證證書

      見附件二

      四、Vacon恒壓供水方案

      1.恒壓供水系統的綜述

      水泵類負載多是根據滿負荷工作需用量來選型的,實際應用中大部分時間并非工作于滿負荷狀態。由于交流電機調速很困難,常用擋流板、回流閥或開/停機時間,來調節流量,同時大電機在工頻狀態下頻繁開/停比較困難,電力沖擊較大,勢必造成電能損耗和開/停機時的電流沖擊。采用變頻器直接控制泵類負載是一種最科學的控制方法,當電機在額定轉速的80%運行時,理論上其消耗的功率為額定功率的(80%)3,即51.2%,去除機械損耗電機銅、鐵損等影響。節能效率也接近40%,同時也可以實現閉環恒壓控制,節能效率將進一步提高。由于變頻器可實現大的電動機的軟停、軟起,避免了啟動時的電壓沖擊,減少電動機故障率,延長使用壽命,同時也降低了對電網的容量要求和無功損耗。為達到節能目的推廣使用變頻器已成為各地節能工作部門以及各單位節能工作的重點。

      2.Vacon恒壓供水系統節能原理

      l變頻節能

      為了保證生產的可靠性,各種生產機械在設計配用動力驅動時,都留有一定的富余量。電機不能在滿負荷下運行,除達到動力驅動要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成電能的浪費,在壓力偏高時,可降低電機的運行速度,使其在恒壓的同時節約電能。

      閥門的開啟角度與管網壓力,流量的關系示意圖如圖1所示:

      圖1閥門位置與壓力流量關系圖

      當電機以額定轉速n0運行,閥門角度以a0(全開),a,a1變化時管道壓力與流量只能是沿A,B,C點變化。即若想減小管道流量到Q1,則必須減小閥門開度到a1,這使得閥前壓力由原來的P0提高到Pq,實現調速控制后,閥后壓力由原來的P0降到Ph。閥前閥后存在一個較大的壓差

      △P=Pq-Ph。

      如果讓閥門全開(開度為a0),采用變頻調速,使水泵轉速至n1,且流量等于Q1,壓力等于Ph,那么在工藝上則與閥門調節一樣,達到用水控制的要求。而在電機的功耗上則大不一樣。水泵的軸功率與流量和揚程或壓力的成績成正比。在流量為Q1,用閥門節流時,令電動機的功率為Nf=K*Ph*Q1。用變頻調速比閥門節流節省的電能為:

      N0-N1=K*(Pq-Ph)*Q1=Q1*△P。

      由圖可見,流量越低,閥門前后壓力差越大,也就是說用變頻調速在流量小,轉速低時,節能效果更好。

      變頻節能效果計算示例:

      現有水泵一臺,配用55kW電機。供水量在80%—30%之間變化,設電機全速供水量為Qn,空載損耗為0.1(Y0≈cosnt),每天總供水量為60%Qn,則全速Pp=(55-55×0.1)kW=49.5kW

      節約的功率:

      變頻運行情況下,每天只需功率:

      Pm=(5.5+(60%)*49.5)kW=16.192kW

      節約的功率:Pj=(49.5-16.192)kW=33.308kW

      如果電費按0.7元/kW小時計算,每年節約的電費如下:

      33.308kW×24h×365×0.7元/kWh=204,244.30元

      l動態調整節能

      系統能迅速適應負載變動,供給最大效率電壓。

      變頻調速器能隨時監控電機的運行狀態,保持電機的輸出高效率運行。

      l降壓節能

      在保證電機輸出力矩的情況下,可適當降低電機的供電電壓。減少電機的輸出力矩,降低輸入電流。

      l軟啟動節能

      在電機全壓啟動時,由于電機啟動力矩的需要,要從電網吸收7倍的電機額定電流,而大的啟動電流即浪費電力,對電網的電壓波動損害也很大,增加了線損和變損。

      采用軟啟動后,啟動電流可從0--電機額定電流,減少了啟動電流對電網的沖擊,節約了電費,也減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉速沖擊,延長了設備的使用壽命。

      l提高功率因數節能

      電動機由定子繞組和轉子繞組通過電磁作用而產生力矩。繞組由于其感抗作用。對電網而言,阻抗特性呈感性,電機在運行時吸收大量的無功功率,造成功率因數很低。

      采用變頻節能調速器后,其性能已變成:

      AC-DC-AC,在整流濾波后,負載特性發生了變化。變頻調速器對電網的阻抗特性呈阻性,功率因數很高,減少了無功損耗。

      3.Vacon恒壓供水方案優勢和特點

      l閉環壓力或流量控制,使供水管網中保持恒定的水壓;

      l節能效果顯著,短期內可收回投資;

      l電機軟啟動,大大延長了設備的電氣機械壽命。避免對電網的沖擊;

      l輔助電機起動后參考值自動進行階躍補償,避免壓力損失;

      l采用變頻/工頻可切換式恒壓供水配置,專用的恒壓供水軟件,可方便用戶根據需要編程;

      l所有功能利用Vacon變頻器來實現,無需外接控制器或PLC,面板操控,界面友好,節省大量按鈕和指示燈;

      l系統在水壓不足需要增加工頻輔助泵時,變頻泵將自動降頻,減小了輔助泵啟動時的沖擊;

      l具備水泵定時自動切換功能,提高水泵平均使用壽命;

      l系統提供節能工作方式,休眠功能;

      l故障診斷機制,面板編程功能;

      l內置EMC濾波及電抗器,電磁兼容性好屏蔽功能好,不會干擾其它控件;

      l支持TCP/IP協議,易于實現總線控制和遠程通訊;

      l有多達11項的完善保護報警功能。

      l避免變頻達50Hz后停機切換到工頻過程中停頓所造成的水壓跌落。真正實現無間隔恒壓供水。

      4.控制方式說明

      l系統中的所有水泵都有三種工作狀態,分別為自動、手動和檢修(停機)。

      l利用水泵的工作狀態轉換開關可以選擇每臺水泵的工作狀態。

      l處于自動狀態的水泵,將按下述的系統自動運行過程運行。

      l處于手動狀態的水泵,只能進行工頻啟?刂。

      l處于檢修(停機)狀態的水泵,不能運轉。

      5.系統自動運行過程(無自動切換功能的1主2輔系統)

      注:假定1#泵為變頻主泵,2#泵和3#泵為輔助泵

      a)變頻器根據系統所需流量的大小,控制1#泵的變頻運行,控制2#和3#輔助泵的啟停。實現系統供水量從0到最大流量之間的變化,并保持管網壓力的恒定。

      b)系統起動后,根據系統流量的變化,變頻器對管網反饋的真實壓力信號和設定的壓力基準值進行PID調節后,輸出頻率,控制1#變頻主泵在0~51Hz之間運行,維持管網壓力的穩定;

      c)如果系統用水量增加后,1#變頻主泵運行在51Hz,仍不能滿足系統對用水量的需求,并持續20s(根據用戶要求和實際情況,在0.0-300.0s之間可調)后,變頻器確認一臺水泵已不能滿足系統的需求,此時,變頻器將控制2#輔助泵工頻起動;

      d)2#輔助泵啟動的同時,1#變頻主泵在變頻器的控制下先降到10Hz(根據用戶要求和實際情況,在0.00-50.00Hz之間可調),再根據系統的情況調節變頻主泵的運行頻率,以消除輔助泵啟動時對系統管網可能造成的壓力沖擊;

      e)此后,2#泵處于工頻50Hz運行狀態,變頻器根據流量的變化,調節1#泵在0~51Hz之間運行,維持管網壓力的穩定;

      f)同上,如果系統用水量繼續增加,兩臺水泵依然無法滿足系統的用水量需求時,變頻器將控制3#泵工頻起動;

      g)相應的,如果系統用水量降低,原先的水泵組的供水量超出了系統的用水量,于是管網壓力將超過設定值,此時變頻器將自動對真實反饋值和基準設定值進行PID調節后,降低其輸出頻率(1#變頻主泵的運行頻率);當其頻率降到設定的最小運行頻率10Hz,仍無法滿足要求,并持續20s后,變頻器將首先控制3#輔助泵停機;

      h)3#泵停機的同時,1#變頻主泵在變頻器的控制下先升到51Hz,再根據系統的情況調節變頻主泵的運行頻率,以消除輔助泵停機時對系統管網的壓力沖擊;

      i)同上,如果系統用水量繼續降低,變頻器將控制2#輔助泵停機;

      j)若流量要求很低,單臺變頻主泵運行于設定的最低頻率10Hz時,仍超出系統的需求時,變頻器在延時30s(0~3600之間可調)后將自動控制變頻主泵進入休眠狀態。

      k)此時,變頻主泵處于停機,但變頻器依然處于工作狀態,并時刻檢測系統管網壓力的變化,這樣可以有效減少電機和能源消耗;

      l)當流量要求高于覺醒閾值11Hz(可設)一段后,變頻器自動控制變頻主泵覺醒,帶動其正常運轉。

      另外,Vacon恒壓供水系統還具有變頻主泵和輔助泵的自動切換功能。啟動該功能后,變頻器可在設定的自動切換時間(0.0~3000.0h)到達后,自動將1#變頻主泵切換成3#輔助泵,2#輔助泵切換成1#變頻主泵,3#輔助泵切換成2#輔助泵,同時,自動切換時間將進行重新計數。該功能可以很好的平衡多臺水平的運行時間,避免輔助泵長時間不運行,或主泵長時間不間斷運行所造成的不良后果。

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